Les recherches de Shahab sont centrées sur l'intersection des neurosciences et de l'IA, également appelée NeuroAI. Il étudie la perception visuelle et l'apprentissage dans les cerveaux biologiques et les réseaux neuronaux artificiels. Il utilise l'apprentissage profond comme cadre de calcul pour modéliser l'apprentissage et la perception dans le cerveau, et exploite notre compréhension du système nerveux pour créer une intelligence artificielle d'inspiration plus biologique.

La psychologie cognitive expérimentale, les modèles et simulations informatiques des processus cognitifs, et l'imagerie du cerveau pour déterminer pourquoi et comment l'attention fonctionne ou fait défaut.